Seminar zur Experimentalphysik: Plasma, Teilchen, Weltall Supernova 1A Seminar zur Experimentalphysik: Plasma, Teilchen, Weltall Robert Seidel SN 1994d 26.01.2007

Überblick Typen Vorgängerstern Supernovaexplosion Computer-Simulationen Lichtkurven Zusammenfassung 26.01.2007

IIb: He-Linie dominant 1.1 Typen von Supernovae Spektrum ent-hält H-Linien? ja nein Supernova II Supernova I IIa: H-Linie dominant Spektrum ent-hält Silizium? IIb: He-Linie dominant nein SN Ia ja Ib: enthält viel He Ic: enthält wenig He 26.01.2007

2.1 Vorgängerstern Warum enthält das Spektrum keinen Wasserstoff, dafür aber Silizium? Warum ist die absolute Leuchtkraft von verschiedenen SN Ia annähernd gleich hell? Warum beobachtet man keinen Sternenrest nach einer SN Ia? Warum treten SN Ia in allen Galaxien, SN II jedoch hauptsächlich in jüngeren Galaxien auf? 26.01.2007

2.2 Weißer Zwerg Durchmesser: ca. 10.000 km Zusammensetzung: Kohlenstoff & Sauerstoff Masse: < 1,4 Sonnenmassen Entartungsdruck Gravitationsdruck Fermigas Ideales Gas 26.01.2007

3.1 Akkretion Weißer Zwerg Roter Riese Weißer Zwerg akkretiert H vom Roten Riesen H fusioniert stetig zu He Bildung einer Heliumhülle Massenzunahme bis Chandrasekhargrenze 26.01.2007

3.2 Fusionsreaktionen Startreaktionen T ≈ 7.108 K r ≈ 2.109 g/cm³ Hohe Coulombbarrieren hohe Zündtemperaturen und niedrige Reaktionsraten (a,g) – Ketten effektiver Es werden kaum schwerere Elemente als 56Ni erzeugt! 26.01.2007

3.3 Die letzten Sekunden C & O – Verbrennung zu schwereren Elementen Temperatur steigt an, Dichte bleibt konstant Hohe lokale Energieerzeugungsrate (stark temp.abhängig) Therm. Energie > Fermienergie Aufhebung der Entartung Kern dehnt sich explosionsartig aus Stern wird vollständig zerstört! Es entsteht kein Neutronenstern 26.01.2007

3.4 Brennfronten Wärmeleitung zunächst dominierend (Deflagration) Thermonukleare Fusion  vorgemischten chem. Flammen Wärmeleitung zunächst dominierend (Deflagration) Flammengeschwindigkeit nur 100 km/s Einsetzen von Turbulenz Flammenoberfläche und Flammengeschwindigkeit vergrößert Flammengeschwindigkeit ~10.000 km/s Im dichten Zentrum Fusion zu Nickel Fusion zu mittelschweren Elementen während Expansion 26.01.2007

3.5 Tiefeninformationen SN 2002 bo 26.01.2007

Modell von Friedrich Röpke 4.1 Simulationen Akkretionsprozess Zündung Explosion Modell von Friedrich Röpke Unterschiedliche Längen- und Zeitskalen Flammendicke ca. 1mm Sterndurchmesser 10.000 km Nur großskalige turbulente Verwirbelungen direkt auflösbar Rechengitter von 512 x 512 x 512 Zellen à 7,9 km Länge Startbedingungen Temp.: 50.000 K; Dichte: 2900 t/cm³; je 50% C & O 26.01.2007

Mehrfachzündungen von Flammenkugeln 4.2 Simulationen t = 0s t = 0,3s Mehrfachzündungen von Flammenkugeln Hohe Temperaturen; Aschedichte niedriger als Rest Pilzform 26.01.2007

Scherströme erzeugen Verwirbelungen; Brennfront erreicht Oberfläche 4.2 Simulationen t = 0,6s t = 2s Bildung von Substrukturen; Oberflächenvergrößerung & Verbrennungsratenerhöhung Scherströme erzeugen Verwirbelungen; Brennfront erreicht Oberfläche 26.01.2007

4.2 Simulation einer SN 26.01.2007

5.1 Lichtkurven Absolute Helligkeit: bis -19,5 mag 56Ni 56Co 56Fe + e+ 10 Mrd. L Absolute Helligkeit: bis -19,5 mag Radioaktiver Zerfall von 56Ni zu 56Fe verzögert Abkühlung 56Ni 56Co 56Fe + e+ 9 Tage 112 Tage Ähnlicher Verlauf Standardkerze 26.01.2007

6. Zusammenfassung SN Ia in Doppelsternsystemen Weißer Zwerg explodiert vollständig Simulation aufwendig aber annähernd realistisch; Anfangsbedingungen noch willkürlich Standardkerzen Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 26.01.2007

Stoßwelle 26.01.2007

Masse-Radius-Verhältnis Fermienergie Masse-Radius-Verhältnis Radius nimmt mit zunehmender Masse ab! 26.01.2007

Chandrasekhargrenze 26.01.2007